地震勘探基礎(chǔ)知識.doc

1. 有關(guān)地震勘探的一些基本概念1.1 地震勘探是勘探石油的有效方法勘探石油的方法和技術(shù)，按其勘探手段劃分，可分為地質(zhì)法、物探法和鉆探法三種基本類型。地球物理勘探法（物探法）運用物理學(xué)的原理和方法，即利用地殼中巖石的物理性質(zhì)（如巖石的彈性、密度、磁性和電性）上的差異來研究地球，了解地下巖層的起伏情況和組成情況，從而達(dá)到尋找儲油構(gòu)造以勘探石油的一種勘探方法。依據(jù)研究對象的不同，物探法主要分為以下幾種： 地震勘探（利用巖石的彈性差異） 重力勘探（利用巖石的密度差異） 磁法勘探（利用巖石的磁性差異） 電法勘探（利用巖石的電性差異）在石油勘探中，最經(jīng)濟(jì)的方法是物探法。首先用物探法對工區(qū)的含油氣遠(yuǎn)景作出評價，為鉆探提供探井井位。然后鉆探法通過實際鉆進(jìn)，以對物探法進(jìn)行驗證。如果構(gòu)造含油，又可根據(jù)物探資料和探邊井計算出含油面積和地質(zhì)儲量。在我國，陸上是廣大的地表松散沉積（如松遼平原、華北平原等）和沙漠覆蓋區(qū)（如塔什拉瑪干大沙漠），海上是被遼闊的海水所覆蓋的“一片汪洋”，已看不到巖層的地面露頭的出露。而鉆井法成本高、效率低。如何解決這些地區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和地質(zhì)儲量問題呢？在這時就充分顯示了物探法應(yīng)用的威力。在各種物探方法中，地震勘探具有精度高的突出優(yōu)點，而其它物探方法都不可能象地震勘探那樣詳細(xì)而準(zhǔn)確地了解地下由淺至深一整套地層的構(gòu)造特點。因此，地震勘探已成為石油勘探中一種最有效的方法。1.2 地震勘探基本原理地震勘探是利用人工激發(fā)地震波的方法引起地殼的振動，并用儀器把來自地下各個地層分界面的反射波引起地面上各點的振動情況記錄下來。利用記錄下來的數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行過處理分析，從而推斷地下地質(zhì)構(gòu)造和地層巖性的特點。地震勘探查明地下地質(zhì)構(gòu)造特點的原理并不難理解。利用聲波反射現(xiàn)象可測定障礙物離開聲源的距離，是我們都知道的物理原則。其計算公式為：其中：S 障礙物離開聲源的距離v 波傳播速度t 波旅行時間如聲波速度為v340m/s，波由發(fā)聲到回聲的旅行時間為t10s，則障礙物到聲源的距離為：地震勘探的基本原理與此極為類似，如圖1、圖2所示。從圖可見，兩者只是地下反射界面產(chǎn)狀不同，其它基本原理相同，皆為在一條測線上某點O放炮（利用人工在地面激發(fā)的機(jī)械振動產(chǎn)生地震波），于是就產(chǎn)生地震波向下傳播，當(dāng)?shù)卣鸩ㄓ龅綆r石性質(zhì)不同的分界面時就會產(chǎn)生反射。在放炮的同時，我們可以在地面上用地震儀將來自同一界面上的反射波信息記錄下來。根據(jù)地震波從爆炸時刻起到反射波抵達(dá)地面的時刻止的傳播時間t，經(jīng)換算為反射點處的垂直反射時間t0，再用VSP測井（或其它方法）獲得的地震波在巖層中的傳播速度v，根據(jù)（1）式，就可算出各點的地層埋藏深度H。O1O1S1S1R1RiR氣油水t0圖2 背斜上的反射O1t0S1Si-1R1Ri-1圖1 傾斜界面的反射我們可沿地面上任一條測線逐段進(jìn)行預(yù)測，并對觀測數(shù)據(jù)用計算機(jī)進(jìn)行處理就能得到形象地反映地下巖層分界面起伏變化的資料 一條測線的地震剖面圖。它近似地反映了地下反射界面的構(gòu)造形態(tài)。在工區(qū)內(nèi)布置一系列測線形成一個測網(wǎng)，并采用相同的方法進(jìn)行觀測和數(shù)據(jù)處理，就可得到地下地層起伏的完整形態(tài)；再綜合其它物探方法與地質(zhì)鉆井等各方面的資料，進(jìn)行去偽存真、去粗取精、由表及里的分析和研究，就能查明地下可能的儲油構(gòu)造，為鉆探確定和提供井位。概括地說，所謂地震勘探，就是通過人工激發(fā)（炸藥震源或其它震源）在地面產(chǎn)生地震波，并研究地震波在地下地層中的傳播規(guī)律，借以查明地下儲油地質(zhì)構(gòu)造，為尋找油氣田或其它目的服務(wù)的一種地球物理勘探方法。1.3 地震勘探的內(nèi)容地震勘探的全部生產(chǎn)工作，基本可分為以下三個組成部分。1.3.1 野外資料采集其任務(wù)是在地質(zhì)或其它物探方法工作初步確定的含油氣有利地區(qū)進(jìn)行進(jìn)一步的勘探。它分為施工設(shè)計和野外施工兩個階段，其主要的內(nèi)容是激發(fā)地震波、接收地震波。圍繞著這兩大內(nèi)容可細(xì)分為：地震測線、激發(fā)點、接收點的測定，激發(fā)和接收等一系列工作。1.3.2 資料數(shù)據(jù)處理其任務(wù)是把野外采集的地震記錄信息，根據(jù)地震波的傳播理論，利用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加工處理工作，提取出各種有效信息。1.3.3 資料地質(zhì)解釋根據(jù)資料處理提供的各種處理成果和信息進(jìn)行地震勘探的構(gòu)造解釋（即地質(zhì)解釋），是地震勘探的目的和最后成果，并對工區(qū)的含油氣遠(yuǎn)景作出評價，最后提供鉆探井位。1.4 觀測系統(tǒng)地震勘探中的“觀測系統(tǒng)”是指地震波的激發(fā)點與接收點的相互位置關(guān)系。為了查明地下構(gòu)造形態(tài)，必須連續(xù)地追蹤各界面的地震波。因此，就要在地面上沿測線方向在許多個激發(fā)點上分別激發(fā)地震波，并進(jìn)行連續(xù)的多次觀測，從而可連續(xù)地追蹤地下各界面的地震波。每次觀測時，激發(fā)點和接收點的相對位置應(yīng)保持一定的關(guān)系，以保證能夠連續(xù)追蹤地震界面。對于不同的勘探方法，有不同的觀測系統(tǒng)。如反射波法，采用反射波觀測系統(tǒng)。1.4.1 地震測線地震測線就是沿著地面進(jìn)行地震勘探野外數(shù)據(jù)采集工作的路線。對測線觀測得到的處理結(jié)果就是地震剖面（時間剖面或深度剖面），它是地震資料地質(zhì)解釋的基本依據(jù)。有兩種形式的地震測線： 縱測線：激發(fā)點和觀測點同在一條直線上的測線。 非縱測線：激發(fā)點和觀測點不在一條直線上的測線。1.4.2 多次覆蓋的觀測系統(tǒng)abcde圖3 多次覆蓋觀測系統(tǒng)多次覆蓋是相對于一次覆蓋而言的，是指對被追蹤的界面觀測的次數(shù)而說的。利用共反射點原理，在野外用多次覆蓋方法施工的多次覆蓋觀測系統(tǒng)，就是保證對同一反射點進(jìn)行多次觀測，并對同一反射點的多道記錄進(jìn)行共反射點疊加，從而突出有效波，而對一些干擾波（主要是多次波）進(jìn)行有效的壓制。目前，共反射點多次覆蓋的觀測系統(tǒng)激發(fā)點與排列的關(guān)系有以下幾種形式：炮點在排列的中點叫中點激發(fā)，如圖3(a)所示。炮點在排列一邊端點的，叫單邊激發(fā)。其中圖3(b)為激發(fā)點在排列端點處，圖3(c)為激發(fā)點在排列一邊但與第一觀測點有一定距離（稱偏移距）；激發(fā)點在排列兩端，即在每一排列上觀測兩次。雙邊激發(fā)，也有兩種情況，一種如圖3(d)，沒有偏移距，而另一種如圖3(e)有偏移距。下邊以單邊激發(fā)六次覆蓋為例，來說明多次覆蓋觀測系統(tǒng)圖。一般覆蓋次數(shù)用n表示，儀器記錄道數(shù)N24，即每激發(fā)一次儀器可記錄24道檢波點圖記錄。圖4所示即為排列道數(shù)24道，單邊激發(fā)，每激發(fā)一次，激發(fā)點隨排列一起向前移動兩個道間距，這樣便組成一個六次覆蓋的觀測系統(tǒng)。在圖4中，將所有激發(fā)點位置O1、O2、O3按比例尺標(biāo)在同一條水平直線上，然后從各炮點向排列方向作許多條與激發(fā)點線呈45角的直線，將同一排列上的24道檢波點位置分別投影在這些45的斜線上，即每一條斜線表示一個排列可獲得一張共炮點原始記錄。由圖可以看出：O1炮第21道，O2炮第17道，O3炮第13道，O4炮第 9道，O5炮第 5 道，O6炮第 1道，都是接收來自地下同一點A的反射，因此分別從這六張記錄中抽出的21、17、13、9、5、1道就是共反射點A的共反射點道的集合，稱為共反射點道抽道集。其它的反射點也可以找到相應(yīng)的共反射點道集。而O1-O6次激發(fā)記錄，可由圖中看出只能獲得六次覆蓋的四個相鄰共反射點A、B、C、D的四個道集，它們?yōu)椋?、5、9、13、17、21、A點2、6、10、14、18、22、B點3、7、11、15、19、23、C點4、8、12、16、20、24、D點 O11O2O3O4O5O6O7圖4 六次覆蓋觀測系統(tǒng)圖O112124O11162413 O1112249O118245ABCD 炮點檢波點反射點 O11241220242421 20 1591317481216124O141若連續(xù)激發(fā)O7O8O9O10O11等炮點，則可以獲得一張連續(xù)的六次覆蓋剖面。它們的共反射點的相應(yīng)疊加道抽道集如表所示。由表還可以知道這種觀測系統(tǒng)只有4種抽道集即上述B、C、D四種，組成24道六次覆蓋一張記錄共重復(fù)六次。從O6以后，每增加一炮就重復(fù)一次。另外從圖5-3還可以看出，炮點的水平連線與共反射點道集的連線是互相垂直的，其交點就是共反射點在地面的投影。這就是單邊激發(fā)24道儀器六次覆蓋的觀測系統(tǒng)。表1 組成每個共反射點道集各道的炮號和道號表反 射 波道 號炮 號 123456789101112131415161718192021221212223242171819202122232431314151617181920212223244910111213141516171819202122232455678910111213141516171819202122232461234567891011121314151617181920212271234567891011121314151617188123456789101112131491234567891010123456111211.4.3 名詞解釋炮點（SHOTPOINT）：用來產(chǎn)生彈性波能量的震源點中心，也稱作震源?？s寫為：SP檢波點（RECEIVER POSITION）：地震波接收點中心道 數(shù)（TRACE NUMBER）：地震記錄道數(shù)目深度點(DEPTH POINT）：來自炮點并旅行到檢波點的地震射線在地層上的入射點，縮寫為DP共深度點（COMMON DEPTH POINT）：如果地層界面為水平界面，在測線上不同位置O進(jìn)行激發(fā)，在一系列對應(yīng)檢波點S上接收到來自地下反射界面上同一點R的反射波。R就叫共反射點，或叫共深度點?？s寫為CDP（共深度點）或CMP（共中心點）覆蓋次數(shù)（STACKING FOLD）：組成一個CDP的道數(shù)疊加（STACK）：對屬于同一個道集的地震記錄道進(jìn)行相加剖面（SECTION）：沿著地震測線的垂直切面，以時間或深度為單位的地下地層的影象，由相鄰的道組成1.5 與地震勘探有關(guān)的各種地震波圖5 地震勘探中的各種波OS直達(dá)波A滑行波透射波入射波入射波折射波反射波baallr1r1r2在地震勘探中用震源激發(fā)時，一聲炮響之后會產(chǎn)生各種各樣的地震波。按在傳播過程中質(zhì)點振動的方向來區(qū)分，可分為縱波和橫波；按是在介質(zhì)中傳播還是在自由表面或巖層分界面上傳播可分為體波和面波；按照波在傳播過程中的傳播路徑的特點，又可把地震波分為直達(dá)波、入射波、反射波、透射波、滑行波和折射波幾種，見圖5。介質(zhì)1介質(zhì)2簡單全程多次反射波1.5.1 縱波和橫波理論和實踐證明，介質(zhì)中各點的振動方向和波的傳播方向可以是不相同的。介質(zhì)中各點的振動方向和波的傳播方向相同的波就是縱波，介質(zhì)中各點的振動方向和波的傳播方向相垂直的波是橫波。更形象地說，在傳播著縱波的彈性介質(zhì)中，在同一時刻各點的密度是不相同的，有的部分受到壓縮（密度增大），有的部分發(fā)生膨脹（密度減?。浑S后，壓縮的部分回變?yōu)榕蛎?，而膨脹的部分卻變?yōu)閴嚎s。介質(zhì)中各個部分這樣一脹一縮地交替變化著，也就是介質(zhì)中各點振動方向與波的傳播方向相同。因此，縱波又叫做疏密波或壓縮波。另外，由于縱波似乎是受推動（Push）產(chǎn)生的，常簡稱為P波。在地震勘探中，目前主要利用的是縱波。在傳播橫波的彈性介質(zhì)中，同一時刻各點的密度不變，但各點介質(zhì)似乎是垂直于波的傳播方向剪切似地在搖動（Shake），故常稱為S波，因此也叫切變波或剪切波。目前在地震勘探中主要用到的是縱波。1.5.2 體波和面波地震縱波和橫波可在地層中介質(zhì)的整個立體空間中傳播，所以把它們合稱為體波。通常我們看到的水波，那不是在水的內(nèi)部，而是在水和空氣的分界面上傳播的一種波，這種在介質(zhì)的分界面上傳播的波叫做面波。在地震勘探中，爆炸不但會在地層中引起體波，而且會在地表面（巖石和空氣接觸的分界面，也稱為自由表面）以及在地下許多不同巖層的分界面上產(chǎn)生復(fù)雜的面波。特別是沿地面?zhèn)鞑サ牟?，已知有好幾種類型，通常統(tǒng)稱為“地滾波”。這種波在地表最強(qiáng)，但隨深度的加大而迅速衰減。1.6 波阻抗和反射系數(shù)1.6.1 波阻抗當(dāng)波到達(dá)兩種介質(zhì)的分界面時，通常會分成兩部分，一部分能量回到第一種介質(zhì)中，就是所謂的反射波；另一部分能量透入第二種介質(zhì)中，就是所謂的透射波。在這個分界面上面為第一種介質(zhì)，下面為第二種介質(zhì)。分別是上、下介質(zhì)的密度，V1和V2分別是波在上、下介質(zhì)中的傳播速度。則把密度和速度的乘積叫做波阻抗。就是說，上下兩種介質(zhì)的波阻抗分別是。1.6.2 反射系數(shù)當(dāng)?shù)卣鸩ㄈ肷涞絻煞N波阻抗不相等()介質(zhì)的分界面上，就會產(chǎn)生波的反射。的差別越大，反射波越強(qiáng)。反射波的振幅A反與入射波的振幅A入有如下關(guān)系：其中R定義為該界面的反射系數(shù)，說明反射振幅除與入射振幅有關(guān)外，主要與上下界面的波阻抗差成比例。1.7 地震波的速度地震波的速度是地震勘探中最主要的一個參數(shù)，是地震波的運動學(xué)特點之一。在用地震勘探方法研究地下地質(zhì)構(gòu)造起伏形態(tài)時，其基本公式是(3)：從這一基本公式可以看到速度參數(shù)v的重要性。在資料處理中，要作NMO校正，需要疊加速度；在作時深轉(zhuǎn)換時，需要平均速度。因此，我們要了解和掌握各種有關(guān)速度的概念及其求取方法。1.7.1 平均速度其定義是：在垂直層面的方向上，波旅行的總時間除這組地層的總厚度，也可定義為：一組水平層狀介質(zhì)中某層以上介質(zhì)的平均速度v，就是地震波垂直穿過該層以上各層的總厚度與總的傳播時間之比。對n層水平層狀介質(zhì)的平均速度v為：或式中 hi 每一層的厚度 每一層的垂直時間 每一層的層速度1.7.2 均方根速度與疊加速度在平均速度的討論中，是當(dāng)?shù)卣鸩ǖ纳渚€垂直層面時得到的速度概念。而實際的層狀介質(zhì)或連續(xù)介質(zhì)的射線不是垂直層面的直射而是折射線或曲射線，利用這種介質(zhì)和射線的狀態(tài)求得的速度便是均方根速度。將水平層介質(zhì)的反射波時距曲線近似地當(dāng)作覆蓋介質(zhì)為均勻的反射波時距曲線所求得的波速即為均方根速度：均方根是說把各層速度值的平“方”按時間取其加權(quán)平“均”值而后取平方“根”值（注意其中速度較高的層所占比重要大），可見，均方根是把層狀介質(zhì)反射波時局距曲線近似地當(dāng)作均勻介質(zhì)的雙曲線型時距曲線求出的速度。我們知道，動校正公式為：式中： 為自激自收時間V 為界面以上的地層速度當(dāng)t0、x已知時，利用上式求t的先決條件是須求出速度V，在數(shù)據(jù)處理中一般通過速度分析得到，這種速度叫做疊加速度。利用這個速度可以計算出精確的動校正值使反射波同相軸對齊，并能得到較好的水平“疊加”剖面。當(dāng)?shù)貙哟嬖趦A角時，利用速度譜求得的速度，這個速度叫等效速度（與水平界面所用速度等效），但一般還是把它叫疊加速度，因為它同樣可以計算出精確的動校正值，而得到有效的水平疊加剖面。疊加速度一般都大于地層速度，且，只有當(dāng)界面水平（a0）時，?？梢姡盟俣茸V求出的大量速度數(shù)據(jù)，都是疊加速度，是計算動校正的主要參數(shù)：上述疊加速度在地層水平時就等于均方根速度。在地層傾斜時經(jīng)過傾角校正（乘以傾角的余弦）后就是均方根速度；用它們可以求出與地層巖性性質(zhì)有密切關(guān)系的層速度。1.7.3 視速度前面所討論的速度，我們都是沿著波的傳播方向來考慮問題的。如果不同沿著波的傳播方向而是沿著別的方向來確定波的速度，得到的速度就不是波速的真實值。這樣的結(jié)果叫做波的視速度。圖6 視速度att2t1DtS2S1dxDxDSax射線波前AB我們知道，速度是一個向量。當(dāng)談到波速時，我們是沿著波動方向或射線方向考慮的，如果沿著別的方向來確定波速，其結(jié)果將不是真實值，這時的速度叫做波的視速度，用V*表示。當(dāng)在地震勘探中所謂的視速度，一般就是指波沿預(yù)測線方向傳播的速度。如圖6。假設(shè)在地面上沿直線AB觀測地震波，S1、S2為直線上相隔距離不大的兩個觀測點，由深部到達(dá)地面的波的波前可近似看作平面波。設(shè)平面波前t1時刻到達(dá)S1點，t2時刻到達(dá)S2點，波前與觀測線的夾角為a。如果不考慮波從哪里來，在觀測線上看，好象波沿AB線傳播，即經(jīng)過時間間隔，走過的距離，即波沿此觀測線傳播的速度為：其中：V*稱為視速度。實際上，波并不是沿測線AB傳播，而是沿垂直于波前的方向以真速度V傳播，在時間內(nèi)傳播了的距離，因此，可見真速度v與視速度V*是不同的。那么兩者有什么關(guān)系呢？從直角三角形可見將此式帶入(8)式，得：此式代表了V與V*的關(guān)系，這關(guān)系叫視速度定律，a稱為入射角。由視速度定律可看出：波沿測線傳播的視速度經(jīng)常較真速度大。當(dāng)a90時，即波前垂直于觀測線，這時波沿測線傳播的視速度等于真速度，即。如直達(dá)波的視速度就等于真速度。如a0，波前平行于觀測線，這時視速度為無窮大。可見視速度一方面取決于真速度，但更重要的是取決于波對于地面入射角的變化情況。研究V*的變化，對區(qū)分不同類型的波具有極大的實際意義。視速度與真速度不同，它可以是正值，也可以是負(fù)值，如果沿測線正讀數(shù)方向傳播，視速度為正值，反之為負(fù)值。1.7.4 層速度沉積巖的特點是成層分布。與地層的成層性相對應(yīng)，速度從淺到深也可分為幾個速度層，各層之間在波速上存在明顯的差別。這種速度分層與地層的地質(zhì)年代、巖性上的分層一般是一